液压系统故障的原因解析

1.原始故障

（1）设计原因 由于技术、工艺和经验等方面的原因，所设计的液压系统并非尽善尽美，选择的液压元件也不一定最合适，为某个关键元件配套的基本回路中可能存在设计缺陷等问题。所以在分析故障原因时，首先考虑在设计上是否存在问题。从设计上找出先天性故障原因，从而去纠正设计上的失误或不足，是避免故障发生的第一步工作。

众所周知，油液的污染会给液压系统带来一系列故障。在液压系统中，极易造成油液污染的地方是油箱，而不少设备的液压油箱在结构设计上存在着缺陷。最常见的是“封闭性”设计不够合理，如在连接处和接管处不加密封，导致污物渗入油箱。污染的油液进入液压系统中，加速液压元件的磨损、锈蚀、堵塞，最后导致故障的形成。

近几年来国内外在液压油箱结构设计上对如何减少或杜绝污染物进入油箱问题上都做了不少有益的探索和实践。如德国博世力士乐公司的液压系统，全部采用了全封闭式油箱结构，除只留一个与大气相通的通气孔之外，油箱形成全封闭结构，所有连接处和接管处都设有严格的密封装置。在注油口盖上设置过滤装置构成通气孔，该口可使油箱内的液面与大气相通来保证系统正常工作，同时又可靠地阻止外界污物的进入。由于油箱密闭，泵的进口处取消了吸油口处的过滤装置，所有回油进入一个总回油管路，在回油管口端加装一个过滤装置，目的是过滤掉系统内由于元件磨损形成的残余物及从密封处进入系统的污物，以保持油箱内油液的清洁。这样的结构不仅避免了外界污物对油箱内油液的污染，而且由于吸油口处去掉了过滤装置，吸油阻力大大减少，从而可避免空穴现象，同时噪声和功率损失也相应减小。

另外，悬浮在油液中的空气，对系统工作是有害的。它会降低油液的体积弹性模量，使系统失去刚性，产生气穴，增大功率损失，使系统产生噪声，元件遭受气蚀，降低元件使用性能与寿命，对油液产生氧化作用，使油液失去润滑性以及使油温升高等。悬浮于油液中的气泡，由于油液黏滞阻力的作用不易从油液中浮出液面，所以应当在油箱中增加滤除悬浮气泡的结构。在实践中有的在油箱中设置一个倾角为30°的金属丝网于吸油口附近，它可以挡阻大直径气泡进入泵的吸油口，而使系统减少了故障隐患。可见，油箱结构设计合理与否，直接关系到整个液压系统工作的稳定性与可靠性。

作为液压系统主要执行元件的液压缸，目前许多厂家对其内部设计比较重视，如结构要求、密封要求、材料要求等，但恰恰对液压缸外部结构没有重视，反而把原本应该在主机上配置的管路及其管件放置到液压缸上，结果造成液压缸因为外部焊接件引起缸筒变形或外部管件焊口开裂，无形中增大了发生系统故障的概率。同时，工程机械中执行机构的活塞杆常裸露在外，被大气中的污物所包围。杆在伸出、缩进的往复运动中，不仅受到磨粒的磨损与大气中腐蚀性气体的腐蚀，而且还有可能从杆与导套的配合间隙中进入污物，污染油液可加速液压缸组件的磨损。如在结构设计中根据具体情况加装防护套，使其外露部分由套保护起来，则可减小或避免上述危害。再如，工程机械液压系统多数在运动和振动中工作。系统元件与基体的紧固、管路间的连接，在长期的颠簸振动环境中，难免会松动而产生漏油现象。如果设计具有自锁装置的管接头和具有锁定性能的紧固件，用于工程机械的液压系统中，则可大大提高液压系统的工作可靠性，减少故障的发生。

液压系统设计不合理同样会给机器带来故障隐患。例如：WY60型全液压履带挖掘机的液压系统是双泵双回路中高压定量系统，其两齿轮泵的压力油经换向阀到各液压执行元件实现液压传动。此系统因铲斗、斗杆单独动作时不能实现双泵供油，因而动作缓慢，生产率低，严重时产生爬行。根据使用中出现的上述问题，可对原系统进行改进设计，重新设计合流阀，取消控制斗杆缸工作压力的溢流阀和对大臂缸超限压合流作用的远程调压阀。改进后的液压系统，其大臂、斗杆、铲斗缸的工作压力均提高到16MPa，除能在单独动作中均可实现双泵供油外，还能在挖掘作业时实现大臂、斗杆、铲斗回转任意两个执行机构的联合动作。

综上所述，液压系统、回路、元件的设计，管路的连接、走向与布局等方面，在一些机械设备的液压系统中可能存在设计不合理之处。倘若能对使用中的液压系统在设计方面的不足有所发现，并对其进行技术改造，这无疑对机器性能的提高、减小故障率和更好地发挥机器作用具有重大意义。

（2）制造原因 这里制造是指整套设备制造和元件制造，经常会有在整体设计上没有问题，可是设备在安装调试中总会有意想不到的故障出现。在对某900t高速铁路提梁机进行调试时，一个顶升系统无压力，检查整个回路，没有连接错误，设计也是合理的。经过认真查找，对子系统中的管路和元件逐一检查，最后发现其中一个单向阀没有装弹簧，虽然最后厂家调换了元件，但是影响了工期，为企业带来了经济损失。

某企业的液压元件多功能试验台的阀试验台，调试中发现无法做压力实验，检查后发现连接集成块的油路在加工时压力油路和回油路贯通，压力建立不起来。重新加工后问题解决，顺利完成调试工作。

对元件的制造问题也应认真对待，否则也有可能给液压系统带来预想不到的故障。比如，某工程机械液压系统中更换了一个精过滤器，安装后不久出现了由于小孔堵塞而造成的故障。经对换上的新购纸芯过滤器的滤芯进行认真检查，发现滤纸在加工制造过程中受到了严重的机械损伤，形成了呈一定规律分布的微孔和裂缝，失去了过滤作用，同时滤纸的质量低，纸内粘有污物。显然这样的滤芯装后不仅起不到过滤的作用，反而其本身构成了一个污染源，给系统造成不应有的故障。

又如，控制滑阀的阀体与阀芯配合间隙不当，可能造成泄漏或卡死。阀体与机体接合面在制造中平面度超差，装后在压紧力作用下变形，致使阀芯卡死于阀体中，使移动受阻或卡死。还有阀体在制造过程中有的未进行可靠的时效处理，在使用中由于残余应力的重新分布而使阀体变形，不仅破坏了原配合性质，而且导致滑阀移动不灵甚至卡死于阀体中。

再如，生产厂家在液压系统总装时不对系统进行冲洗，以装配时的元件清洗取代系统装配时对系统的冲洗，使系统内留下了装配过程中带进系统中的污染物，也是造成系统故障的一个不可轻视的原因。液压系统的清洗，是借助于液流在一定压力和一定速度的情况下，对整个系统的各个回路进行冲洗和洗涤。装配前零件的清洗不能代替装配后的系统冲洗。系统装配时，有可能使装配的密封件破损，金属件可能碰伤、刮研。管路元件连接时所用粘结剂、液态密封胶、生料带可能推挤于系统里等原因，导致系统安装后混入污染物。如不给予冲洗，不可避免地会给系统工作带来危害。国外液压设备制造厂家已把安装后的系统冲洗严格地用于装配生产中，并把这一技术看成是产品质量保证体系中的一个重要环节，也是行业竞争的一个有效措施。

设备经装配、调试出厂后，一般来说，综合的技术性能应当合格。但在设备维修时，需要更换一些新的液压元件。由于元件制造质量低劣，新元件取代旧元件之后，反而造成系统故障。因此对元件的制造问题也应认真对待，不容忽视。

由上述可见，在查找故障或更换元件时，应当对有关产生故障的制造因素加以分析和认真检查，这样才有利于故障的迅速排除。

（3）使用原因 液压系统使用维护不当，不仅使设备故障频率增加，而且会降低设备的使用寿命。比如，使用设备时超载、超速，环境过差，违章操作，维护保养不及时等，都可能加速液压系统性能的变坏，更有甚者，由于操作工的误操作，引发的已经不是一般故障，而是事故了。

某消防部门的65m高空作业车，在演习过程中，因为驾驶员的误操作，将伸缩臂在小俯角情况下快速伸出，引起整车的倾覆事故，造成人员伤亡和财产损失。

相关企业部门在选用液压设备后，第一个任务就是进行相关人员的液压技术培训，不但操作人员要培训，管理者也要进行培训，了解设备的功能、工作原理、注意事项。同时使用中严格执行操作规程，按使用说明书进行。只有正确的管理和使用维护，才能使设备充分发挥其功能，减少故障，提高工作可靠性。

某高速公路管理部门，在出现了大型货车倾翻事故时，管理人员和驾驶人员都忽略了液压起重机额定起重能力的含义，结果造成救援过程中液压起重机的倾翻事故。(www.xing528.com)

2.自然故障

（1）工作介质污染引起的故障 据统计，液压系统中75%以上的故障是因为油液污染造成的，20%的飞机事故是由于飞机液压系统的油污染造成的。因此，控制污染是提高液压设备可靠性的重要保证。液压油液中的污染物，导致液压元件的磨损、运动副的卡紧和阻尼孔的堵塞等，其中尤以污染、磨损失效最为常见。同时油液污染还会腐蚀和磨损控制阀的阀口，从而引起液压元件的内部泄漏。控制污染要靠过滤器来实现，而更重要的是控制污染物侵入液压系统。

在污染的液压油中，金属颗粒约占75%，灰尘约占15%，其他杂质如氧化物、纤维等约占10%。液压油的污染主要是由外部原因和内部原因造成的。外部原因是指固体杂质、水分、其他油类以及空气等进入系统；内部原因是指除了原有新油液带来的污染物外，还有在使用过程中相对运动的零件的磨损和液压油物理化学性能的变化所带来的污染物。由于杂质侵入液压油的方式不同，液压油的污染可分为潜在污染、侵入污染、再生污染三类。受污染的液压油可能堵塞过滤器、管道、润滑油槽或者沉积在摩擦部件表面影响散热。所以带有精密部件的润滑系统对所用油品就有颗粒污染的指标要求，超过指标就应换油。液压系统用油对颗粒污染的要求见表1-1。

表1-1 液压系统用油对颗粒污染的要求

液压油污染的后果是：液压油污染导致液压元件性能劣化；使液压系统工作性能下降，动作失调；液压油劣化变质。

（2）液压油泄漏故障 液压系统的泄漏有两种形式：内泄漏和外泄漏。外泄漏发生在元件外部接合面和管接头以及直线和旋转运动界面，一般易觉察，泄漏之处留有痕迹，污染环境；内泄漏发生在元件内部运动副间隙中，如泵的配流盘和液压缸活塞密封处等，过量的内泄漏引起泵的容积效率降低、液压缸活塞杆爬行和丧失位置保持能力等。内、外泄漏引起系统压力不稳定，对整个系统危害很大。

泄漏是液压系统失效和出现故障的标志，必须在早期阶段正确诊断并采取相应的维修措施。泄漏的主要原因是高压工作环境下各种密封件的损坏或老化、敏感元件受振动引起的松动以及软管加工或安装不良等。液压设备运行到其寿命的中、后期，由于各种液压元件的磨损，造成系统的内、外泄漏，造成系统压力不稳定。泄漏还会污染环境，引起能量损失，使系统增益下降。

（3）磨损引起的故障 磨损是机械产品常见的一种现象，是导致机械故障的普遍和主要形式，在液压系统中因磨损引发的故障大约占20%。正常情况下，在一定的使用期限内，磨损量逐渐积累，但并不影响液压元件的正常功能。但是当磨损量积累到一定值时，对泵来说，泵性能下降到一定程度就认为该泵失效了。对阀类元件及液压缸来说，磨损使零件配合间隙过大，使高压腔与低压腔互通串油，引起系统供压不足，致使系统低速运动时出现爬行现象。同时还可能引发系统振动、噪声，且使系统非线性增加，并使磨损速度大大加快。

液压元件，特别是作为液压动力元件和执行元件的液压泵和液压马达，由于存在着许多重载，交变而又高速滑动的摩擦副，其摩擦副表面易产生金属的疲劳剥落，是疲劳磨损的典型例子。

（4）疲劳、老化与断裂故障 液压元件长时间工作会产生疲劳、老化或断裂引起系统失效。在液压元件的压力腔内，某些受拉、受压、受弯矩作用的杆件和板件上，由于受到交变应力作用，材料由于疲劳而导致强度下降，首先在应力高出疲劳强度的部位产生裂纹，裂纹的进一步扩展将引起断裂，如轴向柱塞泵缸体疲劳断裂、柱塞颈部的疲劳断裂、电磁换向阀复位弹簧的疲劳断裂、电液伺服阀中弹簧管破裂的疲劳失效等现象。在高压、交变载荷工作条件下，液压密封材料易发生疲劳、老化破坏而产生泄漏。

（5）气蚀与气穴现象 油液在液压系统流动过程中，流速高的局部区域油液压力较低，油液中某一点的压力低于工作时的空气分离压时，溶解于液体中的空气将大量分离出来，形成气泡。当油液中某点的压力低于当时的饱和蒸气压时，油液将沸腾，也形成气泡。当液体中的气泡随着液体流动到高压区时，气泡在周围压力油的冲击下迅速消失。在高压作用下，气泡周围的液体高速流向气泡中心，形成一个作用面积小但量值很高的压力波，冲击气泡附近的元件表面，从而引起元件表面塑性变形，导致局部剥落产生失效现象。这种剧烈的局部液压冲击，使压力和温度都急剧升高，并且伴随着强烈的振动和噪声。此外，在气泡凝结区域的管壁或其他液压元件表面，因长期受冲击和高温作用，且液体中游离出的空气中含有氧气，从而使元件表面产生腐蚀，这种因空穴产生的元件腐蚀称为气蚀。

（6）腐蚀引起的故障 腐蚀失效是指环境介质与液压元件表面间产生的化学反应引起，并在其表面形成氧化膜或其他化学反应产物，液压元件表面上的氧化膜、硫化物在高压、交变载荷作用下剥落（如电解质腐蚀、有机酸腐蚀等），使液压元件的表面变得粗糙，导致液压元件失效。而由腐蚀产生的剥落物混入液压油液中污染了油液，并起磨粒磨损作用。

（7）液压冲击 在液压系统的工作过程中，由于运动部件急速换向或关闭液压油路时，液流和运动部件的惯性作用使系统产生很大的瞬时压力峰值，这种现象称为液压冲击。例如：当换向阀移动到中间位置时，其回油口与液压缸回油腔突然被切断，回油不能从油腔中继续排除，同时由于运动部件和液流具有惯性作用，回油腔中的油液受到压缩，压力突然升高，另一端油腔压力下降，形成局部真空，造成了液压冲击。还有阀门突然打开或关闭、液压元件反应滞后、运动部件突然起停等，都可能造成液压冲击。

液压冲击常伴有巨大的振动和噪声，形成的静压力虽比破坏压力小，但其瞬时压力峰值会比正常的工作压力大几倍，足以造成密封件、导管和其他液压元件的损坏，而且液压元件形成的高压往往可使某些液压元件（如阀、压力继电器等）误动作，由此引起设备损坏或其他重大事故。

（8）液压卡紧 由于径向不平衡、油液中极性分子的吸附作用、污物楔入滑阀缝隙以及滑阀附加阻力等因素的影响，阀芯从静止到运动的过程中，起动力往往很大，如在高压系统中，当阀芯停止一段时间后，有时可能有几十牛的阻力，使阀芯移动十分困难，发生如液压缸别劲等现象。

（9）人为因素 未遵守制造、修理和使用技术要求造成零件质量低劣；材料不合格，元件精度不够；操作人员不遵守操作规程，使用维护不当，所有的这些都可能是液压系统出现故障的原因。